專利名稱：一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及上卸管子螺紋的動力鉗，特別是開口型動力鉗的鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)有行星爪式鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)，是卡緊大范圍內(nèi)任意管徑不更換零件，且卡緊性能好。但該機(jī)構(gòu)僅在閉口型(即鉗頭不開口)動力鉗上使用。該機(jī)構(gòu)用在閉口型動力鉗上時，是在鉗頭齒輪內(nèi)，設(shè)置若干組行星爪圍繞芯軸轉(zhuǎn)動，芯軸由包容在鉗頭齒輪內(nèi)的不開口的上下行星連接板支持，芯軸連同不開口的上下行星連接板構(gòu)成行星架，行星爪上的輪齒與鉗頭齒輪內(nèi)的內(nèi)齒相嚙合，當(dāng)鉗頭齒輪轉(zhuǎn)動時，行星架在鉗頭制動機(jī)構(gòu)的制動力作用下暫時不動，鉗頭齒輪帶動行星爪轉(zhuǎn)動，使行星爪上的外曲牙板接觸管子，然后鉗頭齒輪、行星架、行星爪組件隨同管子一同旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)上卸管子螺紋。在由上扣或卸扣換向時，還必須將鉗頭蓋揭開，再將各行星爪翻轉(zhuǎn)180°才能進(jìn)行。
行星爪式鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)卡緊性能好，是由于裝在行星爪上的外曲牙板的牙尖輪廓曲線相對于行星爪芯軸中心的縱橫坐標(biāo)值，可由專門的計(jì)算方法求得，使其輪廓曲線上任意一點(diǎn)接觸管子時，管子接觸點(diǎn)所受外力對管子表面產(chǎn)生的切向分力與徑向分力的比值可為一理想常數(shù)，從而表現(xiàn)為整個牙板的牙尖輪廓曲線，在連續(xù)卡緊大范圍內(nèi)任意管徑時，既保持卡緊可靠不打滑，又不卡緊過度而夾扁管子。
閉口型動力鉗的主要缺點(diǎn)是工作時必須始終套在管柱上，這無疑對上卸管子現(xiàn)場的其他作業(yè)有所妨礙，特別是油井有井噴預(yù)兆時，動力鉗不能及時撤離管柱，將造成井噴的嚴(yán)重后果。因此，只有具備完善的井口防噴設(shè)施的條件下，閉口型動力鉗才適用。而目前，中國國內(nèi)還不具備這種條件，因此，閉口型動力鉗的使用范圍受到很大程度限制，如專利號為93213627·3、名稱為“一種動力鉗行星爪雙向夾緊機(jī)構(gòu)”的現(xiàn)有技術(shù)，也僅僅用于室內(nèi)修復(fù)管子的擰扣機(jī)上，而未能在動力鉗上廣泛應(yīng)用。另外，閉口型動力鉗每次上扣或卸扣操作，都必須將整個動力鉗提升至背鉗對準(zhǔn)接箍，待上扣或卸扣完畢，又必須將整個動力鉗下降至接箍以下，并留足吊卡空間，這無疑會影響工作效率。
現(xiàn)有技術(shù)中的開口型動力鉗，其突出優(yōu)點(diǎn)是鉗頭開口，靈活性好，每次上扣或卸扣完畢立即撤離管柱，不妨礙井口其他作業(yè)，所以得到國內(nèi)外用戶廣泛采用。
但現(xiàn)有開口型動力鉗鉗頭采用的是非行星爪式卡緊機(jī)構(gòu)，其主要缺點(diǎn)是，卡不同管徑須更換如牙板、牙座、顎板、顎板滾子之類的零件。更換零件給動力鉗的制造、使用、維修、零件保管都帶來許多不便，卡不同管徑的卡緊性能也不竟相同，即是專利號為98117762·X、名稱為“液壓動力鉗組合內(nèi)曲面滾子爬坡卡緊機(jī)構(gòu)”的現(xiàn)有技術(shù)，也僅限于卡緊四種特定油管管徑不更換零件，而四種特定油管有八種特定接箍尺寸，該機(jī)構(gòu)用在背鉗上，也還必須更換一次零件。
本發(fā)明的目的就是要將現(xiàn)有閉口型動力鉗的上述主要優(yōu)點(diǎn)及開口型動力鉗的上述主要優(yōu)點(diǎn)集中于一體，推出一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主鉗背鉗在正反向卡緊大范圍內(nèi)任意管徑時不須更換零件，且卡緊性能好，工作效率高，每次上卸扣完畢，又能及時撤離管柱，不妨礙井口其他作業(yè)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，由蝶形行星爪A或B、行星齒輪、花鍵軸套、芯軸、外曲牙板A或B、牙板擋塊、擋銷、旋鈕軸A或B、旋鈕、開口齒輪或背鉗主體、行星上連接板A或B、行星下連接板A或B、扇形板A或B等主要零件組成，由行星齒輪緊貼蝶形行星爪A或B端面、由花鍵軸套串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側(cè)分別裝外曲牙板A或B、兩翼之間各裝牙板擋塊構(gòu)成行星爪組件A或B，開口齒輪上部和下部帶有完全相同的兩處內(nèi)齒，背鉗主體上部和下部帶有完全相同的兩處內(nèi)齒，行星上連接板A及行星下連接板A或行星上連接板B及行星下連接板B由三只芯軸通過螺釘連接構(gòu)成行星架A或B，開口齒輪、行星架A及三組行星爪組件A構(gòu)成主鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)；背鉗主體、行星架B及三組行星爪組件B構(gòu)成背鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，行星爪組件上的行星齒輪與開口齒輪或背鉗主體上的內(nèi)齒相嚙合，開口齒輪或背鉗主體、行星架A或B均開有缺口，行星架A或B的上下連接板處在開口齒輪或背鉗主體外部，行星架A或B的三只芯軸中的一只處在行星架A或B的開口后部，另兩只處在開口兩側(cè)，三組行星爪組件A或B裝在行星架A或B的三只芯軸上，開口后部的芯軸中心至鉗頭中心連線，與開口兩側(cè)芯軸中心至鉗頭中心連線的夾角α或β大于90°，擋銷裝在扇形板A或B上，扇形板A或B裝在開口齒輪α/2方位或背鉗主體β/2方位，旋鈕軸A或B裝在行星上連接板A或B上，構(gòu)成鉗頭轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，行星上連接板A上部有上扶正槽，行星下連接板A下部有下扶正槽，行星架A的上下連接板有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面與開口齒輪的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合，行星架B的上下連接板有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面與背鉗主體的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合，行星上連接板B外緣通過螺釘連接固定一個齒輪塊，與背鉗傳動機(jī)構(gòu)的齒輪相嚙合。
上述技術(shù)方案中的局部結(jié)構(gòu)，也可采用其他形式，如行星爪組件只帶一只行星齒輪，與開口齒輪上的一處內(nèi)齒相嚙合，開口齒輪上固定若干個支撐塊，支撐塊之間的空隙為行星爪轉(zhuǎn)動空間所須，支撐塊的公共外圓柱面與行星上連接板上的內(nèi)圓柱面構(gòu)成動配合，在α/2方位的支撐塊為彎板，用于固定擋銷，與行星上連接板上的旋鈕軸構(gòu)成鉗頭轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)。若干支撐塊也可與開口齒輪做成一體。
在上述技術(shù)方案中，行星上連接板B外緣也可以直接做成齒輪或局部齒輪，這樣可簡化結(jié)構(gòu)，但抗彎強(qiáng)度有所削弱。
上述技術(shù)方案中，第一要點(diǎn)是，開口齒輪或背鉗主體、行星架A或B開有缺口，管子能進(jìn)出，使得現(xiàn)有技術(shù)的閉口型動力鉗具備了開口型動力鉗靈活易撤的主要優(yōu)點(diǎn)；第二要點(diǎn)是，行星架A或B上，開口后部的芯軸中心至鉗頭中心連線，與開口兩側(cè)芯軸中心至鉗頭中心連線的夾角α或β大于90°，保持了行星爪對任意管徑構(gòu)成三點(diǎn)穩(wěn)定卡緊，又讓出了空間，使行星架A或B得以實(shí)施開口；第三要點(diǎn)是，行星架A的上下連接板含有上下扶正槽，使行星架A取得軸向及徑向定位，使鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)在動力鉗殼體中得到可靠支持；第四要點(diǎn)是，行星架A或B的上下連接板置于開口齒輪或背鉗主體之外，這樣就能有效地加強(qiáng)抗彎強(qiáng)度，使其足以承受卡緊管子產(chǎn)生的強(qiáng)大外撐力。
本發(fā)明的實(shí)施，可將現(xiàn)有開口型動力鉗及閉口型動力鉗的主要優(yōu)點(diǎn)集中于一體，實(shí)現(xiàn)開口型動力鉗的主鉗和背鉗正反向卡緊大范圍內(nèi)任意管徑不更換任何零件，且對任意管徑的卡緊性能均處于優(yōu)良狀態(tài)，工作效率高?？ňo不同管徑不更換零件，這將給動力鉗的制造、使用和維修帶來極大方便，社會效益及經(jīng)濟(jì)效益顯著。
附圖給出了本發(fā)明的一個實(shí)施例。


圖1為本發(fā)明主鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)示意主視圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為本發(fā)明背鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)示意主視圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為圖2的A-A剖視圖；圖6為圖4的B-B剖視圖；圖7為行星爪組件只含一只行星齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為行星爪組件只含一只行星齒輪時的擋銷安裝示意圖；圖9為主鉗工作原理圖；圖10為背鉗工作原理圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
如圖1、圖2、所示，主鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)由開口齒輪8、行星上連接板A1、行星下連接板A11、芯軸4、行星齒輪2、蝶形行星爪A6、花鍵軸套3、外曲牙板A12、牙板擋塊13、旋鈕15及旋鈕軸A14等主要零件組成。行星上連接板A1處在開口齒輪外部之上，行星下連接板A11處在開口齒輪外部之下，并由三只芯軸4通過螺釘連接構(gòu)成開口行星架A。三只芯軸中的一只處在行星架A開口后部，另兩只處在開口兩側(cè)，開口后部的芯軸中心至鉗頭中心連線ox，與開口兩側(cè)芯軸中心至鉗頭中心連線om、on的夾角α大于90°。由兩只行星齒輪2緊貼蝶形行星爪A6端面、由花鍵軸套3串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側(cè)分別裝外曲牙板A12、兩翼之間裝牙板擋塊13構(gòu)成行星爪組件A，三組行星爪組件A裝在各芯軸4上。其兩個行星齒輪與開口齒輪上的兩處內(nèi)齒相嚙合。行星上連接板A上部有上扶正槽5，行星下連接板A下部有下扶正槽10，殼體上的扶正滾子處在其中，使行星架A軸向及徑向定位。行星上連接板A有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面7與開口齒輪上部的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合；行星下連接板A有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面9與開口齒輪下部的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合。在不受行星爪及內(nèi)齒干涉區(qū)域的α/2方位，在行星上連接板A上裝有旋鈕15及旋鈕軸A14。
如圖3、圖4所示，背鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)由背鉗主體20、行星上連接板B16、行星下連接板B22、芯軸4、行星齒輪2、蝶形行星爪B17、花鍵軸套3、外曲牙板B23、牙板擋塊13、旋鈕15、旋鈕軸B24及齒輪塊19等主要零件組成。行星上連接板B16處在背鉗主體外部之上，行星下連接板B22處在背鉗主體外部之下，并由三只芯軸4通過螺釘連接構(gòu)成開口行星架B。三只芯軸中的一只處在行星架B開口后部，另兩只處在開口兩側(cè)，開口后部的芯軸中心至鉗頭中心連線ox，與開口兩側(cè)芯軸中心至鉗頭中心連線om、on的夾角β大于90°。由兩只行星齒輪2緊貼蝶形行星爪B17端面、由花鍵軸套3串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側(cè)分別裝外曲牙板B23、兩翼之間裝牙板擋塊13構(gòu)成行星爪組件B，三組行星爪組件B裝在各芯軸4上。行星爪組件B上的兩只行星齒輪2，分別與背鉗主體上的兩處內(nèi)齒相嚙合。行星上連接板B有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面18與背鉗主體上部的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合；行星下連接板B有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面21與背鉗主體下部的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合。在不受行星爪及內(nèi)齒干涉區(qū)域的β/2方位，在行星上連接板B上裝旋鈕15及旋鈕軸B24。行星上連接板B16外緣，通過螺釘連接緊固一個齒輪塊19與背鉗傳動機(jī)構(gòu)的齒輪相嚙合。
如圖5所示，旋鈕軸A14裝在行星上連接板A1上，擋銷25裝在扇形板A27上，扇形板裝在開口齒輪8上，旋鈕軸上端裝旋鈕15，旋鈕軸下端大頭有缺口26，構(gòu)成主鉗鉗頭轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動缺口方位，可以限制擋銷25在不同區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)動，行星上連接板A1下端面有滿足擋銷25轉(zhuǎn)動的軌跡槽。
如圖6所示，旋鈕軸B24裝在行星上連接板B16上，擋銷25裝在扇形板B29上，扇形板裝在背鉗主體20上，旋鈕軸上端裝旋鈕15，旋鈕軸下端大頭有缺口28，構(gòu)成背鉗鉗頭轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動缺口方位，可以限制擋銷25在不同區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)動，行星上連接板B16下端面有滿足擋銷25轉(zhuǎn)動的軌跡槽。
如圖7、圖8所示，行星爪組件可以只帶一個行星齒輪30，與開口齒輪32的內(nèi)齒相嚙合，開口齒輪通過螺釘連接，固定有若干個支撐塊31，支撐塊之間的空隙為行星爪6的轉(zhuǎn)動空間所須，若干個支撐塊也可以與開口齒輪做成一體。行星下連接板33上，設(shè)有內(nèi)外圓柱面與開口齒輪32的外內(nèi)圓柱面構(gòu)成動配合，若干個支撐塊形成的公共外圓柱面與行星上連接板1的內(nèi)圓柱面構(gòu)成動配合，在α/2方位的支撐塊34為彎板，用來固定擋銷25。采用這樣的結(jié)構(gòu)，可減小開口齒輪的徑向尺寸，使整個鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)更緊湊，但花鍵軸套3及芯軸4在卡緊管子過程中由于受力不對稱，會產(chǎn)生附加力矩，使卡緊效果欠佳。
如圖9所示，將旋鈕15尖端(參見圖2)搬向逆時針方向作卸扣操作時，開口齒輪8由傳動輪系帶動作逆時針方向轉(zhuǎn)動，此時，行星架A35在鉗頭制動機(jī)構(gòu)的制動力作用下暫時不動，開口齒輪8的內(nèi)齒帶動行星爪組件A37逆時針方向轉(zhuǎn)動，使外曲牙板接觸管子36，然后，開口齒輪8、行星架A35及行星爪組件A37連同管子36一同逆時針轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)卸扣操作。卸扣完畢，仍借助于鉗頭制動機(jī)構(gòu)制動力的作用，行星架A35暫時不動，開口齒輪8順時針轉(zhuǎn)動，其內(nèi)齒帶動行星爪組件A37也做順時針轉(zhuǎn)動，行星爪離開管柱，開口齒輪上的擋銷25(參見圖5)轉(zhuǎn)至與旋鈕軸A14同軸后，為旋鈕軸A14所擋，行星架A35與其一同轉(zhuǎn)動，這時，開口齒輪8與行星架A35已對齊缺口，再轉(zhuǎn)至與殼體缺口對齊，動力鉗即可撤離管柱，完成一次卸扣操作。
如圖10所示，將旋鈕15尖端(參見圖4)搬向逆時針方向作卸扣操作時，由背鉗上的動力，經(jīng)傳動齒輪或其他機(jī)構(gòu)帶動行星架B38逆時針轉(zhuǎn)動，從而帶動行星爪組件B40順時針轉(zhuǎn)動，行星爪接觸管柱接箍39，阻止接箍轉(zhuǎn)動，保證主鉗完成卸扣操作。卸扣完畢，行星架B38在原有動力驅(qū)動下順時針轉(zhuǎn)動，行星爪離開接箍，旋鈕軸B24(參見圖6)轉(zhuǎn)至與背鉗主體20上的擋銷25同軸后，行星架B為擋銷25所擋，行星架B38的開口與背鉗主體20開口對齊，以便動力鉗撤離管柱。
當(dāng)動力鉗改為上扣時，將主鉗旋鈕及背鉗旋鈕15轉(zhuǎn)過180°，尖端指向順時針方向，主鉗和背鉗再按旋鈕尖端指向，重復(fù)上述過程，即可完成上扣操作。
權(quán)利要求
1.一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，含有蝶形行星爪A(6)或B(17)、行星齒輪(2)、花鍵軸套(3)、芯軸(4)、外曲牙板A(12)或B(23)、牙板擋塊(13)、擋銷(25)、旋鈕軸A(14)或B(24)、旋鈕(15)、開口齒輪(8)或背鉗主體(20)、行星上連接板A(1)或B(16)、行星下連接板A(11)或B(22)，扇形板A(27)或B(29)，由行星齒輪(2)緊貼蝶形行星爪A(6)或B(17)端面、由花鍵軸套(3)串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側(cè)分別裝外曲牙板A(12)或B(23)、兩翼之間各裝牙板擋塊(13)構(gòu)成行星爪組件A或B，行星上連接板A(1)及行星下連接板A(11)或行星上連接板B(16)及行星下連接B(22)由三只芯軸(4)通過螺釘連接構(gòu)成行星架A或B，開口齒輪(8)、行星架A及三組行星爪組件A構(gòu)成主鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)；背鉗主體(20)、行星架B及三組行星爪組件B構(gòu)成背鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，行星爪組件A或B的行星齒輪分別與開口齒輪或背鉗主體上的內(nèi)齒相嚙合，其特征在于開口齒輪(8)或背鉗主體(20)、行星架A或B均開有缺口，行星架A或B的上下連接板處在開口齒輪(8)或背鉗主體(20)外部，行星架A或B上的三只芯軸中的一只處在行星架A或B的開口后部，另兩只處在開口兩側(cè)，三組行星爪組件A或B裝在行星架A或B的三只芯軸(4)上，開口后部的芯軸中心至鉗頭中心連線ox，與開口兩側(cè)芯軸中心至鉗頭中心連線om、on的夾角α或β大于90°，行星上連接板A上部有上扶正槽(5)，行星下連接板A下部有下扶正槽(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，其特征在于行星爪組件A或B含有兩個行星齒輪(2)與開口齒輪(8)或背鉗主體(20)的兩處內(nèi)齒相嚙合，其中行星爪組件A也可以是只含一個行星齒輪與開口齒輪內(nèi)側(cè)的一處內(nèi)齒相嚙合。
3.如權(quán)利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，其特征在于行星架A有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面(7)和(9)與開口齒輪(8)的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合。
4.如權(quán)利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，其特征在于行星架B有基準(zhǔn)內(nèi)圓柱面(18)和(21)與背鉗主體(20)的基準(zhǔn)外圓柱面構(gòu)成動配合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，其特征在于擋銷(25)裝在扇形板A(27)或B(29)上，扇形板A(27)或B(29)裝在開口齒輪(8)α/2方位或背鉗主體(20)β/2方位。
6.如權(quán)利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，其特征在于旋鈕軸A(14)或B(24)裝在行星上連接板A(1)或B(16)上。
7.如權(quán)利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機(jī)構(gòu)，其特征在于行星上連接板B(16)外緣裝有一個齒輪塊(19)，也可以是行星上連接板B(16)外緣直接做成齒輪或做成局部齒輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及上卸管子螺紋的開口型動力鉗的鉗頭卡緊機(jī)構(gòu),主要由開口齒輪或開口背鉗主體、開口行星架及三組行星爪組件組合而成,支持行星爪組件的行星架兩連接板置于開口齒輪或開口背鉗主體之外,承受工作中的強(qiáng)大外撐力。本發(fā)明將開口型動力鉗及閉口型動力鉗的主要優(yōu)點(diǎn)集中于一體,實(shí)現(xiàn)動力鉗的主鉗背鉗正反向卡緊大范圍內(nèi)任意管徑不須更換零件,且卡緊性能好,工作效率高,社會及經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號E21B19/00GK1368592SQ0110134
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月3日
發(fā)明者傅永森 申請人:傅永森